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考虑气动阻尼影响的海上风电筒型基础整机运行状态振动模拟研究

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海洋工程 2024年第1期42卷 11-23页

作者：董霄峰贾业萌李文倩姜军倪周欢天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津城建大学经济与管理学院天津300384 长江勘测规划设计研究有限责任公司湖北武汉430010

运行状态下由叶轮旋转效应产生的气动阻尼对海上风电结构振动影响显著,然而当前的数值模拟方法受到计算能力与施加气动阻尼方式的限制,无法真实高效地表征气动力对振动的影响,使得模拟结果与实际工程存在偏差。针对上述问题,以某海上风... 详细信息

运行状态下由叶轮旋转效应产生的气动阻尼对海上风电结构振动影响显著,然而当前的数值模拟方法受到计算能力与施加气动阻尼方式的限制,无法真实高效地表征气动力对振动的影响,使得模拟结果与实际工程存在偏差。针对上述问题,以某海上风电场内1台筒型基础整机为研究对象,考虑气动阻尼效应搭建了整机顺风向振动的简化理论模型,研究气动阻尼对运行状态下整机振动的折减效果,并以折减系数形式引入到数值模型计算中再与原型观测结果进行对比。研究表明:所建理论模型与数值模型的一阶自振频率与实测数据反馈值均相差较小,两类模型对实际工程的适用性良好;理论模型与数值模型同风速下的振动差值稳定,两者动力学上具有很好的同步性;停机工况与运行工况下,模拟塔筒顶部振动位移均方根值与原型观测均方根值平均误差分别为12.19%与7.99%,说明基于考虑气动阻尼效应的振动理论模型对数值模拟结果进行折减是可行的,模拟精度可以满足工程需求。

关键词：海上风电筒型基础有限元模型气动阻尼原型观测

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海上风电结构横风向气动力阻尼特性研究

太阳能学报 2022年第9期43卷 267-272页

作者：姜军倪董霄峰王海军练继建天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学水利水电学院邯郸056038

基于横风向气动力阻尼理论计算模型,以NREL-5 MW海上风电机组为例,对其运行过程中横风向气动力阻尼进行计算,并采用FAST软件对计算结果进行验证。之后,研究转速、叶片桨距角和运行方式对横风向气动力阻尼的影响。研究结果表明:NREL-5 M... 详细信息

基于横风向气动力阻尼理论计算模型,以NREL-5 MW海上风电机组为例,对其运行过程中横风向气动力阻尼进行计算,并采用FAST软件对计算结果进行验证。之后,研究转速、叶片桨距角和运行方式对横风向气动力阻尼的影响。研究结果表明:NREL-5 MW海上风电机组结构运行状态下的横风向气动力阻尼在0%~0.8%范围内变化,其随风电机组运行转速及叶片桨距角的增大而增大;此外,海上风电机组不同运行方式对其横风向气动力阻尼也会产生较大影响。

关键词：海上风电阻尼数值模型横风向影响因素分析

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海上风电筒型基础整机运输过程荷载识别研究

太阳能学报 2022年第10期43卷 281-288页

作者：江琦董霄峰翁珮瑶周欢练继建天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学水利水电学院邯郸056038

根据某3.3 MW海上风电筒型基础整机运输期原型观测数据,首先采用加速度响应探究环境要素对整机振动影响。其次依据应变-荷载原理计算塔筒底部截面弯矩,并统计全程计算弯矩幅值,分析塔筒承受荷载随环境要素变化规律。结果表明:1)波高从0.... 详细信息

根据某3.3 MW海上风电筒型基础整机运输期原型观测数据,首先采用加速度响应探究环境要素对整机振动影响。其次依据应变-荷载原理计算塔筒底部截面弯矩,并统计全程计算弯矩幅值,分析塔筒承受荷载随环境要素变化规律。结果表明:1)波高从0.2 m增加到2.0 m时,加速度均方根增加98%,波高是引起整机耦联振动的主要因素;2)波高小于1.0 m时,塔筒底部识别弯矩在0~10 MN·m范围内波动,占设计弯矩的21.5%,波高增加到1.5 m时,识别弯矩幅值基本在10~25 MN·m范围内波动;3)波高达到2.0 m时,塔筒底部弯矩幅值达32 MN·m,占设计弯矩的68.9%,整机结构仍在安全范围内;4)运输期根据波浪条件预测制定运输方案,整机应在不超过2.0 m波高条件下运输,保证整机结构有富裕的安全空间。

关键词：海上风电筒型基础荷载识别运输期波高

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波浪作用对海上漂浮式光伏光照辐射能的影响

水力发电学报 2023年第5期42卷 35-42页

作者：鲁文鹤练继建董霄峰刘润天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 天津理工大学海洋能源与智能建设研究院天津300382

海上漂浮式光伏是应对光伏开发与土地资源之间矛盾的有效方式,但在波浪作用下,漂浮式海上光伏结构的光伏板将时刻随波浪摇动,使得光伏板的对日角度不断变化,这将对光伏板的发电量具有较大影响。本文推导了光伏板在规则波作用下光照辐射... 详细信息

海上漂浮式光伏是应对光伏开发与土地资源之间矛盾的有效方式,但在波浪作用下,漂浮式海上光伏结构的光伏板将时刻随波浪摇动,使得光伏板的对日角度不断变化,这将对光伏板的发电量具有较大影响。本文推导了光伏板在规则波作用下光照辐射能计算公式,总结提出了“时均倾角”概念,并通过地处渤海湾的算例,计算了同纬度规则波下不同光伏板倾角的海上光伏与最佳光伏板倾角的陆地光伏之间所受辐照能的效率比。根据计算结果,发现不同倾角的光伏板所受辐射能受波浪影响的规律基本一致,都随时均倾角增大而减小,并给出了算例光伏板运动幅值的建议标准,为海上光伏浮体结构研发提供了水动力响应的设计参考边界。

关键词：海上漂浮式光伏评估方法理论计算辐射能波浪作用光伏浮体结构

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海上风电筒型基础结构体系阻尼特性研究

太阳能学报 2022年第11期43卷 285-291页

作者：姜军倪董霄峰练继建王海军周欢天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 河北工程大学水利水电学院邯郸056038

针对某筒型基础海上风电结构,基于实测振动响应数据,采用随机子空间法对所测海上风电结构的阻尼进行识别,研究海上风电筒型基础结构在停机及运行状态下阻尼的变化规律。结果表明:在停机状态下,海上风电筒型基础结构的顺风向阻尼和横风... 详细信息

针对某筒型基础海上风电结构,基于实测振动响应数据,采用随机子空间法对所测海上风电结构的阻尼进行识别,研究海上风电筒型基础结构在停机及运行状态下阻尼的变化规律。结果表明:在停机状态下,海上风电筒型基础结构的顺风向阻尼和横风向阻尼均随外界风速的增大呈增长趋势,两者的平均值分别为0.952%和0.973%;当风电机组处于运行状态时,顺风向运行阻尼随外界风速的增大呈增长趋势,阻尼平均值在3.87%~5.28%之间变化,而对于横风向运行阻尼,其变化趋势受外界因素的影响较小,阻尼平均值在整个风速范围内在1.74%~3.37%之间变化,横风向运行阻尼小于顺风向运行阻尼。

关键词：海上风电振动测试阻尼筒型基础随机子空间法

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筒型基础风机结构振动特性及减振研究

水力发电学报 2022年第12期41卷 1-9页

作者：练继建周欢董霄峰江琦姜军倪天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350 华北水利水电大学水利学院郑州450046 长江勘测规划设计研究院武汉430010

筒型基础在我国海上风电工程中已推广应用,探究其在实际工程中的表现,是保证风机安全的关键。本文针对筒型基础风机结构的振动位移进行原型监测,并以单桩基础风机作为对照。首先基于风机实测自振频率,采用遗传算法拟合基础刚度,然后统... 详细信息

筒型基础在我国海上风电工程中已推广应用,探究其在实际工程中的表现,是保证风机安全的关键。本文针对筒型基础风机结构的振动位移进行原型监测,并以单桩基础风机作为对照。首先基于风机实测自振频率,采用遗传算法拟合基础刚度,然后统计并对比两种基础风机的振动水平。结果表明:两种基础的水平刚度相差7%,筒型基础的旋转刚度是单桩的10倍;风速小于6 m/s时,筒型基础风机位移大,大于6 m/s时,单桩基础位移大;3P共振导致小风速下筒型基础位移较大,通过优化运行策略,减小振动位移最大达54.4%。筒型基础在抗倾稳定性和振动响应控制方面具有优势。

关键词：海上风电筒型基础振动监测位移基础刚度运行策略

黏弹性人工边界-地基-基础-塔筒风致响应特性分析

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应用基础与工程科学学报 2014年第5期22卷 976-988页

作者：于通顺练继建柳国环董霄峰天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 中国海洋大学工程学院山东青岛266100

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,... 详细信息

首先,建立三维黏弹性人工边界和固定边界的地基-基础-风力发电机塔筒相互作用的有限元模型.然后,编制程序模拟了以Davenport谱为目标谱的脉动风场,并对其加以验证.最后,通过实测数据与数值结果的比较,验证了本文所用数值模型的准确性,分析了不同边界条件下风机结构、地基的自振特性,进而对风振反应进行时域计算和频域内的功率谱分析,并考察了不同边界条件下整个结构体系的响应情况.数值与理论分析结果表明:(1)澄清和解释了风振响应谱峰的物理意义;(2)对于顺风向的振动,筒型基础内外地基土的振动情况基本相同;对于竖向振动,相对于筒外土,由于上部结构的压载及筒型基础的"环箍效应"筒内土的振动很小;(3)两种边界条件下塔筒顶端的响应几乎完全一致;采用黏弹性人工边界的地基,地基的振动频率明显减小.此外,还给出了可供工程分析的相关建议.

关键词：黏弹性人工边界风力发电塔筒-基础-地基风荷载响应功率谱

多边形筒型基础海上建造过程中移位及起浮技术研究

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海洋工程 2022年第5期40卷 37-48页

作者：练继建刘畅博郭耀华董霄峰刘维斌张斌天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学建筑工程学院天津300072 南方海上风电联合开发有限公司广东珠海510000

以广东省某海域海上风电项目为背景,针对六边形钢混组合筒型基础海上建造过程中敞口筒裙无法自浮移位及基础整体起浮稳性不足的问题,提出了一种基于助浮浮箱提高基础移位及起浮稳性的技术,并分别基于SESAM和ABAQUS软件进行了整体浮稳性... 详细信息

以广东省某海域海上风电项目为背景,针对六边形钢混组合筒型基础海上建造过程中敞口筒裙无法自浮移位及基础整体起浮稳性不足的问题,提出了一种基于助浮浮箱提高基础移位及起浮稳性的技术,并分别基于SESAM和ABAQUS软件进行了整体浮稳性分析与结构强度校核。计算结果表明:在浮箱助浮作用下,可将基础满足稳性要求的吃水深度从13 m减小至8 m,极大地降低了对基础制造海域水深的要求;敞口筒裙—浮箱移位及筒型基础—浮箱起浮过程中,其整体垂荡与纵摇固有周期均随吃水深度的增加而增大,且两种结构分别在7 m和8 m吃水深度下的运动响应最优;移位及起浮过程中,浮箱与基础结构的应力均满足结构强度要求。此项技术的研究及在广东省某海域的成功应用,为推动在更多的浅海区域预制大型筒型基础结构提供了可借鉴的技术。

关键词：海上风电筒型基础助浮浮箱海上建造运动特性稳定性

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海上风机结构振动监测试验与特性分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2019年第2期52卷 191-199页

作者：董霄峰练继建王海军天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学前沿技术研究院有限公司天津301700

以某海上风电试验样机为研究对象,基于现场原型观测获取整体风机结构在停机、正常运行、开(停)机及台风工况下的振动响应数据,系统地分析海上风机结构在不同运行状态下的振动响应时频域特性与变化规律,探讨影响海上风机结构振动的关键... 详细信息

以某海上风电试验样机为研究对象,基于现场原型观测获取整体风机结构在停机、正常运行、开(停)机及台风工况下的振动响应数据,系统地分析海上风机结构在不同运行状态下的振动响应时频域特性与变化规律,探讨影响海上风机结构振动的关键因素及其对风机振动安全性的影响规律.结果表明:在风机处于停机状态下,结构振动随环境风速的增加而显著增大;而运行状态时,叶轮转速对结构振动影响效应明显,对振动变化起到主导作用.海上风机在开(停)机过渡过程中振动显著大于正常运行状态,台风期风机在额定转速运行时的振动超过实测最大风速时停机工况的响应.塔筒顶部与基础顶部振动响应同步性说明整体风机具有很好的变形协调性.

关键词：海上风电现场实测振动特性运行因素台风工况